SISTEMI DI CONTROLLO EMBEDDED

SISTEMI DI CONTROLLO EMBEDDED

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iten
Codice
72537
ANNO ACCADEMICO
2017/2018
CFU
5 cfu al 3° anno di 8784 INGEGNERIA MECCANICA (L-9) LA SPEZIA
SETTORE SCIENTIFICO DISCIPLINARE
ING-INF/04
LINGUA
Italiano
SEDE
LA SPEZIA (INGEGNERIA MECCANICA )
periodo
2° Semestre
moduli
Questo insegnamento è un modulo di:

PRESENTAZIONE

I sistemi di controllo a microprocessore, spesso denominati sistemi embedded, sono sistemi elettronici di elaborazione basati su microprocessori di diversa natura (microcontrollori, DSP, FPGA, etc.) progettati appositamente per una determinata applicazione, non riprogrammabili dall'utente, integrati nel sistema che controllano ed in grado di gestirne tutte o parte delle funzionalità richieste. La loro diffusione nell'automazione e meccatronica è estremamente ampia.

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

Alla fine del corso lo studente sarà in grado di: Effettuare una stima dei principali requisiti per un’applicazione embedde in termine di risorse (memoria, I/O, velocità dei canali di comunicazione, potenza di calcolo). Identificare le periferiche più utili per una specifica applicazione e programmarne il funzionamento. Progettare, sviluppare e testare codice ad eventi ed applicazioni real-time per microcontrollori. Compilare, ed effettuare il download ed il debug di programmi per microcontrollori.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

Al termine del modulo lo studente dovrà:

  • Conoscere che cos'è un sistema embedded, quali siano le principali architetture di tali sistemi ed le loro principali applicazioni
  • Saper programmare un sistema basato su microcontrollore
    • Saper utilizzare i tool di sviluppo per la compilazione e download del codice 
    • Conoscere, configurare e programmare le principali periferiche (I/O digitali, timers, ADC, PWM, SPI, UART)
  • Avere conoscenze di base sulla progettazione dei sistemi embedded
    • Identificare i requisiti per l'applicazione in termini di risorse (memoria, I/O, velocità dei canali di comunicazione, potenza di calcolo)
    • Identificare le periferiche necessarie

Modalità didattiche

Il modulo è suddiviso in lezioni teoriche (introduzione alle architetture) e attività di laboratorio (programmazione dei sistemi embedded con l'utilizzo di una scheda di sviluppo fornita).

Ciascuna lezione di laboratorio è suddivisa in circa un'ora di introduzione al dispositivo/periferica, e tre ore di esercitazione sulle schede di sviluppo. Gli studenti sono divisi in circa 8/10 gruppi (da 3/4 persone).

PROGRAMMA/CONTENUTO

Il programma del modulo è cosi strutturato:

  • Che cos'è un sistema embedded e quali sono le sue principali caratteristiche
  • Introduzione all'hardware di base per la realizzazione di un sistema embedded
    • Che cos'è un PCB e che cos'è un integrato
    • Porte logiche e circuiti combinatori
    • Latch e Flip flop e circuiti sequenziali
  • Architetture dei sistemi embedded
    • Architettura base di un PC
      • Che cos'è un BUS, una memoria, la CPU e la control unit, i registri e l'ALU
    • Architetture dei sistemi embedded
      • ASIC e ASSP
      • PLD, CPLD e FPGA
      • Microcontrollori e DSP
      • Differenze architetturali tra il mondo dei PC e dei sistemi embedded
  • Strumenti di sviluppo dedicati per i sistemi embedded.
  • Programmazione di sistemi embedded 
    • gestione delle periferiche:
      • I/O digitali
      • Configurazione dell'oscillatore e utilizzo dei timer
      • Acquisizione sensori tramite conversione analogico digitale (ADC)
      • Controllo motori tramite periferica PWM
    • Comunicazione con altri dispositivi.
      • utilizzo del bus SPI per comunicazione con un altro microcontrollore
      • utilizzo della seriale UART per comunicazione con un PC
    • Interrupt e programmazione ad eventi.  

TESTI/BIBLIOGRAFIA

Tutte le slides utilizzate durante  le lezioni e altro materiale didattico saranno disponibili su aulaweb. In generale, gli appunti presi durante le lezioni e il materiale su aulaweb sono sufficienti per la preparazione dell'esame.

I seguenti testi possono essere utilizzati per approfondimenti sulla materia:

  • Q. Li, C. Yao, Real-Time Concepts for Embedded Systems, CMP Books, 2003. (ISBN:1578201241).
  • D. E. Simon, An Embedded Software Primer, Addison-Wesley Professional, 1999. (ISBN: 020161569X).  

DOCENTI E COMMISSIONI

Commissione d'esame

ENRICO SIMETTI (Presidente)

GABRIELE COSTA (Presidente)

LEZIONI

Modalità didattiche

Il modulo è suddiviso in lezioni teoriche (introduzione alle architetture) e attività di laboratorio (programmazione dei sistemi embedded con l'utilizzo di una scheda di sviluppo fornita).

Ciascuna lezione di laboratorio è suddivisa in circa un'ora di introduzione al dispositivo/periferica, e tre ore di esercitazione sulle schede di sviluppo. Gli studenti sono divisi in circa 8/10 gruppi (da 3/4 persone).

ESAMI

Modalità d'esame

Orale

Modalità di accertamento

I dettagli sulle modalità di preparazione per l’esame e sul grado di approfondimento di ogni argomento verranno dati nel corso delle lezioni. 

L’esame orale verterà sugli argomenti trattati durante le lezioni e avrà lo scopo di valutare se lo studente:

  • ha raggiunto un livello adeguato di conoscenza dei sistemi embedded e delle loro architetture
  • ha la capacità di utlizzare la programmazione C nell'ambito della programmazione dei microcontrollori (possibilmente tramite piccoli esercizi)
  • ha acquisito una adeguata conoscenza delle diverse periferiche del microcontrollore e del loro utilizzo