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Coronavirus: aggiornamenti per la comunità universitaria / Coronavirus: updates for UniTo Community
Oggetto:
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Laboratorio Avanzato di Elettronica

Oggetto:

Advanced Electronics Laboratory

Oggetto:

Anno accademico 2021/2022

Codice attività didattica
MFN1324
Docenti
Prof. Luca Pacher (Titolare del corso)
Prof. Michela Greco (Titolare del corso)
Corso di studio
008510-103 Laurea Magistrale in Fisica ind. Fisica dell'Ambiente e delle Tecnologie Avanzate
008510-104 Laurea Magistrale in Fisica ind. Fisica del Sistema Meteoclimatico e delle Tecnologie Avanzate
Anno
1° anno
Periodo
Secondo semestre
Tipologia
B=Caratterizzante
Crediti/Valenza
6
SSD attività didattica
FIS/01 - fisica sperimentale
Erogazione
Tradizionale
Lingua
Italiano
Frequenza
Facoltativa
Tipologia esame
Prova pratica
Oggetto:

Sommario insegnamento

Oggetto:

Obiettivi formativi


Comprensione degli aspetti fondamentali associati alla progettazione, simulazione e implementazione di circuiti digitali su logiche programmabili di tipo FPGA mediante l'utilizzo del linguaggio di descrizione dell'hardware Verilog. 

Comprensione degli elementi di base di un sistema di acquisizione dati attraverso l'uso di differenti linguaggi software (Verilog, Labview, "C" modificato) e strumenti hardware (schede programmabili virtuali e reali, come Arduino e FPGA) .



Oggetto:

Risultati dell'apprendimento attesi

Conoscenza e capacità di comprensione (knowledge and understanding)

Si acquisirà la capacità di progettare in modo autonomo circuiti per l'amplificazione e l'elaborazione del segnale, con particolare riferimento all'elaborazione di segnali da trasduttori di informazioni fisiche, un'adeguata comprensione dei meccanismi della reazione negativa, la conoscenza delle caratteristiche di amplificatori operazionali ed altri circuiti integrati di uso comune. 

Inoltre si acquisirà la capacità di disegnare un semplice sistema di acquisizione dati per diversi sensori e rivelatori.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione (applying knowledge and understanding)

Si  acquisirà la capacità di applicare le conoscenze di base mediante la realizzazione pratica in laboratorio di semplici circuiti e la gestione di un semplice sistema di acquisizione dati. Inoltre si acquisirà un'adeguata esperienza nell'utilizzo del simulatore SPICE e di un ambiente software professionale Xilinx per la programmazione FPGA.

 

Knowledge and understanding

Students will get the ability to design autonomously circuits for signal amplification and processing, in particular for the readout of transducers, an adequate understanding of negative feedback mechanisms, the knowledge of the features of operational amplifiers and other integrated circuits of common use.

Moreover, students will get the ability to design a simple data acquisition system using different transducers.

Applying knowledge and understanding
Students will acquire the ability to apply basic knowledge through practical implementation of simple circuits in the laboratory and the design and operation of a simple data acquisition system. Students will get adequate experience in using the SPICE simulator and of a professional FPGA development environment.

 

Oggetto:

Programma

PARTE 1 - Introduzione alla programmazione FPGA [Prof. Pacher - 40 ore]

Introduzione all'elaborazione dei segnali nel dominio digitale, descrizione di semplici circuiti digitali tramite linguaggio Verilog e loro implementazione hardware mediante programmazione FPGA in ambiente Xilinx Vivado.

 

PARTE 2 - Programmazione  di micro-controllori (Arduino) e sviluppo di interfacce di  controllo e acquisizione dati LabView [Prof. Greco - 20 ore]

Il corso ha inoltre lo scopo di introdurre i sistemi di controllo e acquisizione dati per la trattazione di segnali da sensori, impiegando sia strumentazione software (LabView) che hardware programmabili ad alto livello (Arduino).

PART 1 - Introduction to FPGA programming [Prof. Pacher - 40 hours]

Introduction to signal elaboration in digital domain, description of simple digital circuits through the language Verilog/VHDL and their hardware implementation through FPGA programming in the Xilinx Vivado environment.

 

PART 2 - Programming high-level micro-controller (Arduino) and development of control and data acquisition LabView interfaces [20 hours]

The course also aims to introduce the control and data acquisition systems for the treatment of signals from sensors, using both software instrumentation (LabView) that high-level programmable hardware (Arduino).

Oggetto:

Modalità di insegnamento

 

PARTE 1 - Prof. Pacher

Lezioni introduttive teorico/pratiche con esercitazioni al calcolatore (20 ore) seguite da attività in laboratorio (20 ore).

Le lezioni introduttive si terranno in presenza con il supporto di un'aula informatica. Gli studenti che per motivi di salute o fragilità sono impossibilitati a seguire le lezioni in presenza potranno seguire le lezioni da remoto in modalità sincrona attraverso la piattaforma Webex UniTo.

Nel caso in cui la situazione epidemiologica dovesse aggravarsi le lezioni torneranno ad essere svolte soltanto a distanza tramite piattaforma Webex previa decisione da parte degli organi competenti in merito.

La room virtuale per seguire le lezioni da remoto sarà sempre accessibile al seguente indirizzo:

https://unito.webex.com/meet/luca.pacher

Le lezioni verranno anche registrate, tuttavia a meno di serie limitazioni imposte dall'emergenza sanitaria si invitano gli studenti a seguire in presenza tutte le lezioni introduttive.

Per questa prima parte del corso tutti i sorgenti HDL dei progetti e gli scripts Tcl richiesti per eseguire il flusso di progettazione FPGA (simulazione HDL, sintesi/place-and-route e download del firmware sulla board) sono liberamente consultabili e scaricabili tramite portale GitHub all'indirizzo:

https://github.com/lpacher/lae

Sul repository GitHub del corso verranno anche messi di volta in volta i link Webex alle video-registrazioni delle lezioni liberamente accessibili dagli studenti.

 

PARTE 2 - Prof. Greco

Le attività di laboratorio saranno tenute in presenza. Il materiale è disponibile sulla pagina Moodle del corso.

Nel caso di condizioni pandemiche avverse, si darà un aggiornamento delle modalità con cui vengono tenute le esercitazioni di laboratorio a Febbraio 2022.

PART 1

Lectures and Lab sessions

PART 2

Lab activities in presence.

For both parts, an update will be given in February 2022, if activities in presence will be not allowed in accordance with anti-Covid-19 protocol.

Oggetto:

Modalità di verifica dell'apprendimento

Due esami indipendenti, uno per ciascun modulo del corso. La valutazione complessiva risulterà dalla media pesata del voto in trentesimi conseguito nelle singole due parti.

 

PARTE 1 - Prof. Pacher

1. Progettazione e simulazione di un piccolo sistema digitale a scelta dello studente utilizzando il linguaggio Verilog HDL e l'ambiente di sviluppo FPGA Xilinx Vivado. Si lascia agli studenti la possibilità di realizzare il progetto in gruppo nel limite di massimo di 2 studenti per gruppo.

2. Descrizione del proprio lavoro (descrizione del progetto, dettagli sull'implementazione HDL, risultati di simulazione e di sintesi, problematiche incontrate etc.) in stile articolo scientifico professionale, da redigere in lingua inglese e utilizzando il linguaggio di formattazione Latex. Se il progetto viene realizzato in gruppo anche la relazione finale sarà un lavoro condiviso. I template Latex per la realizzazione di questo elaborato sono disponibili all'indirizzo:

https://github.com/lpacher/lae/tree/master/latex

3. Presentazione orale individuale del progetto in stile di presentazione a conferenza mediante l'uso di diapositive. In questo caso viene richiesto che ogni studente esponga il proprio lavoro individualmente.

 

PARTE 2 - Prof. Greco

Per la seconda parte la valutazione si basa sul montaggio di un'esperienza eseguita in laboratorio. Nel caso di impossibilità di esami in presenza, il progetto verrà discusso su piattaforme telematiche dedicate ad Arduino.

 

For the first part, the grade consists of two elements:

1- written report, in the style of a scientific publication, comprising the discussion of the data acquisition project. An example of the template that can be used, in Latex or Word, is available on the webpage http://www.nss-mic.org/2010/Public/Publications/templates.htm

2- oral report, in the style of a conference presentation, preferably using slides.

For the PART 2, the exam consists in reproducing an experiment performed during the lab hours.

The final grade consists in the weighted average of the two parts

Oggetto:

Attività di supporto

 

 Parte I [Prof. Pacher] - Links alle video-registrazioni dell'anno accademico 2021/22

 

1. Lun 19/04/2021 - ore 14-16
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/f3906e665e5f4072af8a0d9ca88aa06e

2. Mar 20/04/2021 - ore 16-18
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/c572d2a5bfb34bc4aaafa1d28b3ef645

3. Mer 21/04/2021 - ore 16-18
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/cd9e74965f0142568879939574cb27b2

4. Lun 26/04/2021 - ore 14-16
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/7406d1fc88b510398ebe00505681b7cf

5. Mar 27/04/2021 - ore 16-18
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/7eb4554f898f103983fe0050568134da

6. Mer 28/04/2021 - ore 16-18
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/4c1147458a5910398773005056813326

7. Gio 29/04/2021 - ore 15-18
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/aceaae168b1710399e7f00505681c128

8. Mar 11/05/2021 - ore 16-18
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/dc07cd46948f1039b73900505681c2fb

9. Mer 12/05/2021 - ore 14-16
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/4174c25c95481039bfe50050568165e9

10. Gio 13/05/2021 - ore 14-16
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/45579a7896111039bb6f00505681240f

11. Ven 14/05/2021 - ore 14-16
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/a46c4dd196da1039b7df005056818de3

12. Lun 17/05/2021 - ore 14-16
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/85d8ab5799361039bf3f005056818b31

13. Mar 18/05/2021 - ore 16-18
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/74b6067c9a101039bff700505681a2ec

14. Mer 19/05/2021 - ore 14-16
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/49a960e89ac81039a5fe005056819946

15. Gio 20/05/2021 - ore 14-16
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/ad29c3e99b911039bfff0050568157ee

16. Ven 21/05/2021 - ore 14-16
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/b1e2b3419c5a1039bbd50050568165e9

Testi consigliati e bibliografia

Oggetto:

PARTE 1 - Prof. Pacher

  • Verilog Digital System Design, Z. Navabi, McGraw-Hill, 2006
  • Introduction to Digital Design Using Digilent FPGA Boards,  R.E. Haskell, D.M. Hanna,  LBE Books,  2009,  http://store.digilentinc.com/introduction-to-digital-design-using-digilent-fpga-boards

NOTA - Di questo libro esiste anche una collezione completa di 112 video-lezioni tenute da uno degli autori e disponibile su YouTube all'indirizzo
https://www.youtube.com/playlist?list=PLIwUmtq2AIgbcaR4CT-WjP8R_c9DTmku4

 

PARTE 2 - Prof. Greco

Getting started with LabVIEW,

http://www.ni.com/pdf/manuals/373427j.pdf

http://arduino.cc/en/Guide/HomePage
Note del docente

PART 1 - Introduction to FPGA programming (Prof. Pacher)

  • Verilog Digital System Design, Z. Navabi, McGraw-Hill, 2006
  • Introduction to Digital Design Using Digilent FPGA Boards,  R.E. Haskell, D.M. Hanna,  LBE Books,  2009,  http://store.digilentinc.com/introduction-to-digital-design-using-digilent-fpga-boards

NOTE - According to the last textbook, a complete collection of 112 video lessons given by one of the authors is available on YouTube on the following link
https://www.youtube.com/playlist?list=PLIwUmtq2AIgbcaR4CT-WjP8R_c9DTmku4

 

Part 2. Programming high-level microcontroller (Arduino) and development of control interfaces and data acquisition LabView 

Getting started with LabVIEW,

http://www.ni.com/pdf/manuals/373427j.pdf

http://arduino.cc/en/Guide/HomePage 

Teacher's notes



Oggetto:

Note

Frequenza obbligatoria ai laboratori.

Mandatory attendance at the laboratories.

Oggetto:

Orario lezioniV

Lezioni: dal 08/04/2022 al 17/06/2022

Nota: Per il primo modulo del corso (Prof. Pacher, 40 ore) le lezioni introduttive teorico/pratiche supportate da esercitazioni passo-passo al calcolatore si terranno il venerdì pomeriggio dalle ore 14.00 alle ore 17.00 in Aula Informatica B. Le attività di laboratorio si svolgeranno invece nel laboratorio 2S/13B a partire dal giorno 11/05/2022.


Giorno Orario Aula Note
08/04/2022 14.00 - 17.00 Informatica B
22/04/2022 14.00 - 17.00 Informatica B
29/04/2022 14.00 - 17.00 Informatica B
06/05/2022 14.00 - 17.00 Informatica B
11/05/2022   9.00 - 13.00 Informatica B
13/05/2022 14.00 - 17.00 Informatica B
20/05/2022 14.00 - 17.00 Informatica B
27/05/2022 14.00 - 17.00 Informatica B


La prima lezione del secondo modulo (Prof. Greco, 20 ore) sarà il giorno 30/05/2022. A seguire le attività in laboratorio 2S/13B.
Oggetto:

AppelliV

 DataOreEsame
15/07/2022 14:00 Orale
27/06/2022 14:00 Orale
Registrazione
  • Aperta
    Oggetto:
    Ultimo aggiornamento: 22/04/2022 13:33
    Location: https://fisica.campusnet.unito.it/robots.html
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