Docente/i: Francesco Leporati  

Denominazione del corso: Industrial informatics and embedded systems
Codice del corso: 504716
Corso di laurea: Computer Engeneering
Sede: Pavia
Settore scientifico disciplinare: ING-INF/05
L'insegnamento è caratterizzante per: Computer Engeneering
Crediti formativi: CFU 6
Sito web del corso: http://gamma.unipv.it/infind

Obiettivi formativi specifici

Lo scopo del corso è quello di trasmettere conoscenze circa l’uso di alcune metodologie informatiche nello sviluppo e nella gestione di processi industriali. Al termine delle attività, lo studente dovrebbe essere in grado di affrontare l’interfacciamento di un computer con diversi sistemi di controllo, acquisire dati sensoriali da periferiche, pilotare comuni attuatori di uso industriale, gestire la comunicazione digitale con altri computer, elaborare dati digitali, eseguire qualche semplice filtraggio numerico di segnali. Il corso si prefigge, inoltre, l’obiettivo di introdurre lo studente al mondo dei sistemi embedded offrendo una panoramica di architetture comunemente utilizzate e di sistemi di accelerazione del calcolo basati su logiche programmabili.

Programma del corso

Tecniche di acquisizione dati
Interfacciamento digitale e rilevamento fronti e livelli di segnale: pilotaggio di componenti (latch, buffer, contatori) disponibili sul mercato. Tecniche di filtraggio elettrico e algoritmico. Algoritmi ed implementazioni in codice C per l’acquisizione di segnali ad impulso. Algoritmi ed implementazioni in codice C per l’acquisizione da encoder ottici incrementali e la rilevazione di velocità angolari. Tecniche per l’emissione di impulsi, e per l’acquisizione di codici numerici da contraves ed encoder assoluti. Interfacciamento analogico: catene di acquisizione dati. Esempi di componenti commerciali per la trasduzione, il multiplexaggio e la conversione A/D e loro pilotaggio. Convertitori Sigma/Delta.. Cenni su linearizzazione, taratura e filtraggio numerico di tipo ARMA, media mobile ed esponenziale.

Tecniche di pilotaggio motori
Interfacciamento hardware e software di motori in corrente continua e servomotori da modellismo. Pilotaggio in PWM e funzionamento di dispositivi H-bridge.

Interfacce di comunicazione
Introduzione alle comunicazioni basate su porte parallele e seriali (tecniche di sincronizzazione di bit, carattere e messaggio e codifica in banda base/modulata). Esempi specifici con codici in linguaggio ad alto livello concernenti bus GPIB IEEE 488, RS232, RS485. Pilotaggio assembler di un dispositivo USART ed esempio in codice ad alto livello di implementazione di un protocollo di comunicazione seriale punto-punto.

Sintesi di filtri numerici
Passa-basso, passa alto, passa banda, filtri IIR, FIR, autoregressive moving-average (ARMA).

Bus di campo
Reti di comunicazione basate su Field bus. Dettagli su bus FIP e CAN.

Sistemi Embedded
Architettura del processore ARM 7. Set istruzioni, accesso alla memoria ed esempi di codice in linguaggio assembly. FPGA: storia, tecnologia di costruzione e ambiti di utilizzo. Esperienze di laboratorio nell'utilizzo di FPGA Altera e utilizzo dell'ambiente di sviluppo Quartus.

Prerequisiti

Nozioni generali di elettronica, elettronica industriale, calcolatori elettronici e fondamenti di informatica.

Tipologia delle attività formative

Lezioni (ore/anno in aula): 45
Esercitazioni (ore/anno in aula): 0
Attività pratiche (ore/anno in aula): 0

Materiale didattico consigliato

Wayne Wolf. Computer as components. Morgan Kaufmann. Testo di riferimento per la parte di Sistemi Embedded.

Francesco Leporati. Materiale didattico fornito dal docente. A completamento del materiale fornito per quanto riguarda bus di campo, filtraggi e interfacciamento analogico.

William Fornaciari, Carlo Brandolese. Sistemi Embedded. Pearson Prentice Hall.

Lorenzo Mezzalira. Dispense di Informatica Industriale. Dispense adottate per l'omonimo corso del Politecnico di Milano. Materiale di riferimento per l'interfacciamento digitale e analogico, per le tecniche di comunicazione e i bus di campo.

Modalità di verifica dell'apprendimento

L’esame consiste in una prova scritta su argomenti teorici e relativi esercizi riguardanti le tematiche sviluppate nel corso. Durante l'anno, verranno svolte 2 prove scritte in itinere che verteranno rispettivamente sulle parti trattate fino a quel momento. Il non superamento della prima prova in itinere, preclude l’ammissione alla seconda.