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Oggetto:
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Laboratorio Avanzato di Elettronica

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Advanced Electronics Laboratory

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Anno accademico 2015/2016

Codice dell'attività didattica
MFN1324
Docenti
Prof. Michela Greco (Titolare del corso)
Prof. Stefano Argiro' (Titolare del corso)
Dott. Luca Pacher (Titolare del corso)
Corso di studi
008510-103 Laurea Magistrale in Fisica ind. Fisica dell'Ambiente e delle Tecnologie Avanzate
Anno
1° anno
Periodo didattico
Terzo periodo didattico
Tipologia
B=Caratterizzante
Crediti/Valenza
6
SSD dell'attività didattica
FIS/01 - fisica sperimentale
Modalità di erogazione
Tradizionale
Lingua di insegnamento
Italiano
Modalità di frequenza
Facoltativa
Tipologia d'esame
Prova pratica
Prerequisiti
Elettronica Applicata, Elettronica Digitale
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Sommario insegnamento

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Obiettivi formativi

Conoscenza e capacità di comprensione (knowledge and understanding)
Comprensione di aspetti fondamentali associati ai circuiti elettronici analogici per la lettura di sensori e rivelatori,  attraverso l'analisi teorica e la simulazione SPICE.

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

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

Knowledge and understanding
Understanding of key issues associated with electronic analog circuits for the readout of sensors and detectors, 
through  theoretical analysis and  SPICE simulations. Understanding of the basic elements of a data acquisition systems through the use of different sw languages(Verilog, Labview, "C"-like) and hw tools (virtual and real programmable card, like Arduino and FPGA).


Applying knowledge and understanding
The student will acquire the ability to apply basic knowledge through practical implementation of simple circuits in the laboratory and design and operation of a simple data acquisition system.

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Risultati dell'apprendimento attesi

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. Adeguata comprensione dei meccanismi della reazione negativa. Conoscenza delle caratteristiche di amplificatori operazionali ed altri circuiti integrati di uso comune.  Adeguata esperienza nell'utilizzo del simulatore SPICE e di un ambiente software professionale Xilinx per la programmazione FPGA.

Capacità di disegnare un semplice sistema di acquisizione dati per diversi sensori e rivelatori. 

 

 

Ability to design autonomously circuits for signal  amplification and processing, in particular for the readout of transducers.  Adequate understanding of negative feedback mechanisms. Knowledge of  the features of operational amplifiers and other integrated circuits of common use. Adequate experience in using the SPICE simulator and of a professional FPGA development environment.

Ability to design a simple data acquisition system  using different transducers.

 

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Modalità di insegnamento

Lezioni frontali e attività di Laboratorio

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Modalità di verifica dell'apprendimento

Per la prima parte, la valutazione si compone di due elementi:

1- relazione scritta, preferibilmente in lingua inglese, in stile di articolo scientifico, comprendente la  discussione del progetto di acquisizione dati e test funzionamento

2- presentazione orale del progetto, in stile di presentazione a conferenza, preferibilmente mediante l'uso di diapositive 

Per la seconda parte la valutazione si basa sul montaggio di un'esperienza eseguita in laboratorio.

La valutazione complessiva risulterà dalla media pesata del voto in trentesimi conseguito nelle due parti.

 

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.

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

For the second part the exam consists in reproducing an experiment performed during the lab hours.

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

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Attività di supporto

 

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

https://github.com/argiro/advanced-ele

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Programma

PARTE 1 - Elettronica analogica e digitale, introduzione alla programmazione FPGA [Prof. Argiro' , Dott. Pacher - 40 ore]

Utilizzo di amplificatori operazionali per l'elaborazione analogica di segnali ottenuti da sensori, comprensione del concetto di retroazione negativa e implicazioni sulla stabilita'.
Simulazione analogica di circuiti elettronici tramite programma LTSpice.  Introduzione all'elaborazione dei segnali nel dominio digitale, descrizione di semplici circuiti digitali tramite linguaggio Verilog/VHDL e loro implementazione hardware mediante programmazione FPGA in ambiente Xilinx Vivado.

Realizzazione di un sistema di acquisizione dati per un sensore Silicon Photomultiplier  (SiPM), comprendente la parte analogica e quella digitale.  

PARTE 2- Programmazione ad alto livello 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).

Testi consigliati e bibliografia

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PARTE 1 - Elettronica analogica e digitale, introduzione alla programmazione FPGA (Prof. Argiro' , Dott. Pacher)

  • Op Amps for Everyone Design Reference,  Texas Instruments Application Note, 2001
  • Op Amp Applications Handbook, W. Jung,  Analog Devices Series, 2005
  • 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- Programmazione ad alto livello di micro-controllori (Arduino) e sviluppo di interfacce di  controllo e acquisizione dati LabView (Prof. Greco)

Getting started with LabVIEW,

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

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

 



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Orario lezioni

GiorniOreAula
Lezioni: dal 26/04/2016 al 23/06/2016

Nota:
Prof. Argirò 27/04 aula Wick lab. ore 14-18
Prof. Greco: 6/06 aula Wick ore 11-13. 6-8-13-15/06 lab. ore 14-18

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Note

Frequenza fortemente consigliata.

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Ultimo aggiornamento: 11/04/2016 17:23