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1 Fondamenti di elettronica Contenuto del corso (sinteticamente): - Circuiti elettronici digitali (logica combinatoria e sequenziale) i circuiti con cui.

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Presentazione sul tema: "1 Fondamenti di elettronica Contenuto del corso (sinteticamente): - Circuiti elettronici digitali (logica combinatoria e sequenziale) i circuiti con cui."— Transcript della presentazione:

1 1 Fondamenti di elettronica Contenuto del corso (sinteticamente): - Circuiti elettronici digitali (logica combinatoria e sequenziale) i circuiti con cui sono fatti i computer - Memorie (RAM/DRAM) - Le interfacce fra il mondo digitale e analogico: DAC e ADC - Amplificatori operazionali

2 2 Fondamenti di elettronica Scopo: Alla fine del corso lo studente dovrebbe essere in grado di realizzare circuiti digitali non banali. Esempi di circuiti non banali: - interfaccia display - impianto di allarme - microcontroller di ADC e DAC - cronometro e orologio digitale - multimetro digitale - interfaccia VGA - microprocessore RISC

3 3 Fondamenti di elettronica N.B. Realizzare, non studiare in termini astratti unarida teoria Corso predominantemente pratico: Ogni argomento o concetto verrà accompagnato da dimostrazioni pratiche scheda elettronica, oscilloscopio digitale (uno dei principali strumenti del mestiere)

4 4 Fondamenti di elettronica Il vostro feedback e la vostra cooperazione importante importante seguire il corso passo passo prove durante il corso esame: 2 prove durante il corso domande veloci (max) alla fine del corso

5 5 Fondamenti di elettronica Realizzazione e test pratico di tutti i circuiti: Circuito logico programmabile FPGA altro scopo del corso: imparare sul campo con una FPGA, uno dei dispositivi più avanzati attualmente usati in elettronica digitale Potete e dovete provare, testare e ideare circuiti (esercizi) voi: software di disegno elettronico QUARTUS Versione educational scaricabile dal sito web Permette di implementare i vostri circuiti nella scheda e verificarne il funzionamento!

6 6 Fondamenti di elettronica La domanda fondamentale: Perchè dovreste seguire questo corso? Posso dare varie risposte: - Lelettronica domina il nostro mondo in una infinità di applicazioni - Una conoscenza dellelettronica, unita alla capacità di risolvere problemi tipica dei fisici, aiuta a trovare un lavoro - Un fisico (vedi il mio caso di fisico delle particelle) deve spesso realizzare i propri strumenti (rivelatori, sistemi di acquisizione, co- processori,...) - Lultimo punto non è certamente il meno importante: può essere estremamente divertente (anche se a volte bisogna sudare 7 camicie per ottenere un circuito funzionante)!

7 7 La rivoluzione digitale o Computer digitali (dal 1940 fino ad internet) o Fotocamere digitali (la pellicola è morta!) o Registrazione video (DVD, MPEG,...) o Registrazione audio (CD, disco in vinile morto già da 20 anni) o Carburatori, elettronica nei veicoli o Il sistema telefonico o Sistemi di controllo del traffico (semafori) o Effetti speciali dei film o Apparecchiature mediche o Sicuramente molto altro che non mi viene in mente adesso PERCHE una tale esplosione?

8 8 I vantaggi dei circuiti digitali Riproducibilità dati gli stessi input un circuito digitale produce sempre gli stessi output – louput di un circuito analogico dipende da temperatura, invecchiamento, alimentazione,... Semplicità di progettazione: il disegno digitale è logico. Non è necessaria una conoscenza dettagliata del comportamento elettrico di tutti i singoli elementi di circuito. Flessibilità e funzionalità implementazione di funzioni molto complesse (e.g. Voice scrambler) impossibili con circuiti analogici Programabilità i circuiti digitali possono essere modellati e simulati con linguaggi di programmazione di alto livello. Velocità Economia Tecnologia in continua evoluzione

9 9 Analogico e digitale a confronto Dispositivi analogici: processano segnali che possono assumere qualunque valore in un intervallo continuo di tensioni, correnti, o qualche altra grandezza. Circuiti digitali: processano e producono segnali che possono assumere solo due valori discreti: 0 V – 5 V 0 – 1 LOW – HIGH FALSE – TRUE (una finzione in realtà: anche questi sono segnali analogici che possono variare entro due range distinti – più o meno ristretti)

10 10 Aspetti elettronici del disegno digitale I circuiti digitali processano tensioni e correnti analogiche e sono fatti con componenti analogici Astrazione digitale: il comportamento analogico può essere ignorato (quasi sempre) circuiti modellati come se processassero davvero zeri e uni. Perchè ciò è possibile?

11 11 In ogni circuito logico cè un intervallo di tensioni che è interpretato come uno 0 logico e un altro intervallo, disgiunto, che è interpretato come un uno logico. Esempio: un circuito CMOS funzionante con unalimentazione di 5V: Tensione di input nel range V 0 logico Tensione di input nel range V 1 logico Astrazione digitale: i dispositivi devono generare tensioni di ouput entro gli intervalli sopra in modo che vengano riconosciute correttamente V ILma x V IHmin V OLmax V OHmin

12 12 Microchip programmabile FPGA quarzo connettore a pettine

13 13 quarzo connettore a pettine Genera un segnale onda quadra a 60 MHz che viene mandato in ingresso alla FPGA 16 linee di input/output della FPGA sono collegate a questo connettore Possiamo inviare segnali alla FPGA Possiamo vedere segnali prodotti dalla FPGA

14 14 Disegno schematico: rappresentazione delloscillatore Pin 4 alimentazione: VCC=5V Pin 2 massa dellalimentazione a 5 V Pin 1 segnale di abilitazione del chip +5 V chip abilitato Pin 3 segnale di clock

15 15 Disegno schematico: FPGA Clock dalloscillatore SPEAR0: collegato al pin0 del connettore a pettine Collegamento FPGA-pettine: linee SPEAR15,..., SPEAR0

16 16 Visualizzazione del segnale di clock o altri segnali Poggiamo la sonda delloscilloscopio al pin 3 delloscillatore Poggiamo la massa al pin 2 Relativamente facile perchè il chip è grande e i pin ben separati Per altri chip può risultare molto difficile Provate a poggiare la sonda su un pin di uno di questi chip e a tenerla ferma per più di qualche secondo...

17 17 Soluzione per visualizzare un segnale: Facciamolo uscire su una delle linee che vanno al pettine e colleghiamo la sonda al pin del pettine quarzo sonda delloscilloscopio terminale di massa delloscilloscopio

18 18 Problema: dobbiamo collegare internamente alla FPGA il pin CLK (pin 79) al pin SPEAR0 (pin 104) Segnale di clock dalloscillatore Segnale di clock inviato al pin 0 del pettine circuito da implementare nella FPGA

19 19 Progettazione con software CAD design entry Il circuito è specificato in termini di un diagramma schematico o di un linguaggio di programmazione sintesi Il circuito è sintetizzato in termini di elementi logici contenuti nel chip netlist simulazione funz. Il circuito è simulato per verificarne la correttezza funzionale disegno corretto? no si fitting Il CAD dispone gli LE definiti nella netlist in LE del chip reale – sceglie anche i fili di connessione fra i vari LE analisi temporale/ simulazione temp. Vengono analizzati i ritardi di propagazione lungo i vari percorsi indicando le prestazioni del circuito prestazioni temporali soddisfatte? no

20 20 INVERTER XX se X=0 allora X=1 se X=1 allora X=0 OR ABAB C=A+B se A=1 O B=1 allora C=1 altrimenti C=0 ABAB C=A·B se A=1 E B=1 allora C=1 altrimenti C=0 AND Dispositivi digitali


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