Fornire agli studenti le conoscenze di base di elettronica digitale e analogica, funzionamento dei microcontrollori, trasduttori e fornire gli strumenti per la progettazione di sistemi di misura e acquisizione dati.
Gli studenti acquisiranno le capacità per comprendere e progettare tutte le parti che compongono un setup di test sperimentale, a partire dalla misura di grandezze fisiche con trasduttori e/o rivelatori di eventi fisici specifici per arrivare all'acquisizione dei dati su PC. Gli studenti acquisiranno conoscenze base sul principio fisico di funzionamento di semplici trasduttori per la misura di una grandezza fisica in segnale elettrico analogico. Gli studenti saranno in grado di progettare semplici circuiti analogici per il trattamento del segnale analogico, per esempio eliminazione del rumore, amplificazione del segnale, accoppiamento elettrico con altri dispositivi. Gli studenti conosceranno come digitalizzare un segnale analogico e saranno quindi in grado di progettare semplici circuiti digitali per la trattazione del segnale digitale. In questa fase saranno in grado di gestire smistatori si segnali, contatori e registri a scorrimento.
Nell'ambito della programmazione di microcontrollori e con le conoscenze di elettronica digitale, impareranno a progettare firmware per l'elaborazione dei segnali digitali con i microcontrolli al posto dei circuiti digitali.
Nell'ambito dell'argomento acquisizione dati, gli studenti saranno in grado di definire e utilizzare protocolli di comunicazione standard (seriale, udp etc etc) al fine di trasferire le informazioni dai microcontrollori, o apparati elettronici commerciali, al PC per l'analisi e l'archiviazione dei dati.
Prerequisiti
Nozioni acquisite nel corso di Analisi I. Sistemi di numerazione, numeri complessi, funzioni trigonometriche, derivate, integrali, studio di funzioni.
Metodi didattici
Lezioni teoriche/esercitazioni.
Verifica Apprendimento
Le abilità nella comprensione dei contenuti del corso viene valutata durante le esperienze pratiche di laboratorio. Le conoscenze teoriche e le abilità acquisite durante le esperienze saranno poi valutate con un esame orale.
Testi
J. Millman, "Circuiti e sistemi microelettronici" Horowitz & Hill, "The Art of Electronics" Dispense fornite dal Docente
Contenuti
MODULO: Laboratorio di sistemi elettronici di misura (60 ore)
3 ore teoria Panoramica sui setup sperimentali e loro composizione. Cenni sui trasduttori, panoramica sul trattamento dei segnali analogici, conversione in digitale, trattazione delle informazioni digitali, acquisizione con microcontrollori e invio dati su PC.
6 ore teoria + 6 ore di laboratorio Programmazione microcontrollori con IDE Arduino. Come scrivere un programma utente efficiente. Debug di un programma su microcontrollore. Comandi di alto e basso livello. Uso delle funzioni di interrupt e dei timer/counter. 3 ore teoria Cenni di teoria dei segnali: campionamento, teorema di nyquist, aliasing.
6 ore teoria + 9 ore di laboratorio Software Python per interfacciare PC ai microcontrollori o altri dispositivi di misura commerciali con comunicazioni standard. Struttura di un software di controllo e acquisizione dati. protocolli di comunicazione seriali e di rete. Esempi pratici di comunicazione seriale e udp. Esercitazione di laboratorio per lo studio del campionamento ADC dei microcontrollori.
3 ore teoria + 3 ore di laboratorio Introduzione al framework MIT APP INVENTOR per la realizzazione di applicazioni per smartphone. Cenni sui sensori onboard degli smartphone e loro acquisizione con le app.
21 ore laboratorio Progettazione di un semplice setup sperimentale composto da: misura grandezza, acquisizione misura in digitale con microcontrollore e/o smartphone e software per sistema di controllo, acquisizione, analisi e archiviazione dati.